【毕业学位论文】（Word原稿）针对INTOOLS软件自动生成电缆框图的设计与开发-软件工程

硕士学位论文 （ 专业学位 ） A 对 件 自动生成电缆框图 的 设计与 开发 姓 名： 学 号： 所在院系： 职业类型： 专业领域： 指导教师： 副指导教师： 二 一 三 年 十一 月 A in 2013 针对I N T O O L 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签 名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论 文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 本文是基于利用 件数据库的二次开发程序课题，该课题是为了提升仪控专业的设计效率。 现在主流的仪表设计软件，该软件被广泛应用于电力、石油、化工等产业设计中，因其广泛性故而在某些功能中就缺少了相应的针对性。公司在设计过程中就需要生成相应的电缆框图，而其软件中就缺少该功能。但其数据库中已经含有了生成电缆框图所需的所有数据。为了能够提高设计效率、 提升设计准确性，就需要对该软件进行客户化开发，从而实现相应的功能。 本课题主要通过开发数据 提取模块、特殊电缆录入模块、图纸生成模块 三个模块，以实现相应的功能。 在数据提取模块中，将 据库中的相应数据进行提取整理，得到图纸生成模块能够读取的中间文件；特殊电缆录入模块中，用户可以利用其中的功能实现 未定制的特殊电缆，并利用本软件将其绘制到电缆框图中； 图纸生成模块中，用户可以自行定制电缆框图的规格，包括图纸中的绘制模式、线性等等，并读取数据读取模块生成的文件，生成对应的电缆框图以及电缆清 册。 该课题不仅仅解决了电缆框图的绘制问题，同样解决了电缆清册的汇总编制问题，为公司节约了大量的人力成本。 关键词 ： 存储过程 ， I he is on is is in of in of to in is of is by In to we of so as to in by In in to be by in to is to in s in s is by of of of a of 济大学 硕士学位论文 目录 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 究背景 . 1 业背景 . 1 状分析 . 2 要工作 . 4 文结构安排 . 4 第 2 章 系统相关背景介绍 . 6 件简介 . 6 件模块介绍 . 7 件对于设计的优点 . 8 油工程应用 状 . 8 件使用技术简介 . 9 B 技术简介 . 9 #技术简介 . 11 术简介 . 13 目开发背景介绍 . 16 动绘制电缆框图的缺点 . 16 次开发要实现的目标 . 16 结 . 17 第 3 章 电缆框图系统需求分析 . 18 户需求分析 . 18 缆框图 出图需求分析 . 18 缆清册需求分析 . 23 缆框图程序生成图纸功能分析 . 24 缆框图经济效益分析 . 25 结 . 25 第 4 章 自动生成电缆框图外挂程序 的相关设计 . 26 动生成电缆框图外挂程序 运行方式 设计 . 26 动生成电缆框图外挂程序模块设计 . 26 动生成电缆框图外挂程序 详细 设计 . 26 动生成电缆框图外挂程序数据库详细设计 . 26 动生成电缆框图外挂程序模块详细设计 . 29 结 . 30 5 自动生成电缆框图外挂程序的实现 . 30 架自动生成电缆框图外挂程序 . 30 动生成电缆框图外挂程序 的具体实现 . 30 动生成电缆框图外挂程序数据提取模块的实现 . 30 动生成电缆框图外挂程序特殊电缆录入的实现 . 49 同济大学 硕士学位论文 目录 自动生成电缆框图外挂程序图纸自动生成 的实现 . 51 动生成电缆框图程序最终生成成果 . 55 结 . 60 第 6 章 自动生成电缆框图 外挂 程序的测试 . 61 动生成电缆框图外挂程序测试简介 . 61 动生成电缆框图外挂程序测试及报告 . 61 结 . 64 第 7 章 自动生成电缆框图程序应用效果 . 66 际应用项目简介 . 66 用后经济效益对比 . 66 结 . 67 第 8 章 未来展望及总结 . 68 结 . 68 来展望 . 68 致谢 . 70 参考文献 . 71 个人简历与在读期间发表的学术论文 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 究背景 业背景 随着世界经济的不断发展， “ 资源 ” 两个字深深的印到了所有人的脑中。何为资源， “ 资源 ” 是指一国或一定地区内拥有的物力、财力、人力等各种物质要素的总称 1。 不论是美伊战争还是钓鱼岛事件 ,亦或者是黄岩岛争端，其实都是为了争夺日益减少的海洋资源，而作为海洋资源中的佼佼者 “ 原油 ” 更是首当其冲。 在此之际，更高效的工作，更快速的处理问题，更高的准确性，高优质的服务都将成为这个方面决定性的因素， 与此同时人力资源成本的提高，材料费用的提升，都增加了原油开采的成本。那么如何提高工作效率，如何提高设计质量，如何能够利用更少的人力完成更多的工作，都是 中国 亟待需要解决的问题。原油开采其业务特点表现在以下几个方面： (1)野外、小组作业方式 不管是钻井、修井、测井、录井，都是在海上，每次作业分为一个个项目，生产按小组、小队方式组织，作业区域在海洋，地域辽阔、地质情况复杂多变，有时自然条件极其恶劣。作业现场远离行政管理总部，每一个作业区域、项目、小队都相对完整、独立。 作业过程中可能碰到很多现场问题，例如自然灾 害、地质复杂、设备故障等。 (2)投资大、风险高 石油工程技术服务是一个高投入的行业。设备投资大、耗用物资多。单一项目就需要许多设备和物资，作业过程成本很高。由于地质复杂，不确定因素很多，生产作业过程中设备损坏、意外事故等时有发生，还加上自然灾害时有发生，危险系数大。所以，作业的成果受多种因素影响，不确定，风险高。 (3)人员密集、技术密集 石油工程技术服务行业使用的技术涉及地质、物理、化学、生物、光、电、磁、核、计算机科学等多个领域，技术密集、人才密集。在作业过程中，专业技术人员和管理人员所做出的各项分析 决策、制定的目标方案等，都直接关系着工程的效益和成败。 (4)业务涉及面广，信息种类多仅钻井过程中，就涉及钻进、泥浆、录井、固井、测井等多方面业务，一口井的井史就是所有业务过程和结果数据的汇总和解释加工，信息集成、处理复杂程度高。 第 1 章 绪论 2 (5)市场逐步开放，竞争日趋激烈 随着石油产业上下游专业化分工思路的明确，通过招标采购工程技术服务日趋通行， 国内同行之间的竞争日趋激烈。进入 内外市场开放，国外市场为国内企业提供了广阔空间，同时国外工程技术服务商也进入了国内市场。 海油工程是现今国内最大的海洋工程总包 公司，承担着国内很大比重的工程建设类项目，而 设计公司作为海油工程旗下的重要设计部门，承担着海油工程大部分的设计工作量。设计公司的业务领域包括国内的渤海、南海和东海，国外的印尼海域和中东海域。拥有 300 米内水深油田开发的成熟技术。设计的导管架最大单体重量 31500 吨，水深 200 米。最大组块单体重量 30000 吨。业务范围包括：海上固定式平台设计、导管架、沉箱式基础、单点系泊系统、 上部模块和整体工艺、海底管道、海底电缆、自升式钻井平台、半潜式平台以及油气处理陆地终端、压力容器、特种装备及橇块等方面的设计 、咨询与现场技术服务；广泛应用三维设计，掌握浮托设计核心技术和海洋工程浮体静水力及动水力分析技术；具有大量的深水平台设计技术储备和进军国际市场的能力。 随着 海油工程 公司业务的不断扩展，设计公司的设计任务量也随之增加，经常会 出现 一个设计人员参与多个项目的设计工作，工作压力增大。而外部竞争也越来越激烈，如何降低设计成本，提高工作效率是是一个需要不断改善的问题。 面对这么严峻的形势，面对这么多难以解决的问题，面对日益激烈的市场竞争，一句话，只有提高公司的核心竞争力，才 能在这场没有硝烟的战场中生存下来。那么如何提 高核心竞争力呢？ 现今 不难从世界各国的海洋科学技术水平上看出，挪威的海洋技术一直都是名列前茅的，为何呢？因为 其 有着别国所没有的专业技术团队，以及它所特有的管理方式。显而易见提高核心竞争力的方向就有两个：第一个是建立专业化的管理团队，具有完善的管理流程和管理方式；另一个就是需要有自己领先其他企业的专业技术。专业技术从何而来，通过遇见问题解决问题的方式积累而来。而本软件的开发就是针对其中遇见的一个小点而来。 状分析 现代海洋开发活动中，海洋石油、 天然气 的开发、海洋运输、海洋捕捞以及制 海盐 规模和产值巨大，属于已成熟的产业，正在进行技术改造和进一步扩大生产；海水增养殖业、海水淡化、 海水提溴 和镁、潮汐发电、 海上工厂 、海底隧道等正在迅速发展；深海采矿、波浪发电、 温差发电 、 海水提铀 、 海上城市 等正在研究和试验之中。 海底矿产资源开发海底矿产资源开发海底矿产资源开发海底矿产资源开发海底矿产资源种类繁多，石油和天然气的开发产值占首位，其次是煤矿，另外还有砂、砾石和重砂矿等 2。 第 1 章 绪论 3 17 世纪 20 年代至 20 世纪 50 年代，一些沿海国家开始开采 海底煤矿 、 海滨砂矿 和海底石油 。 20 世纪 60 年代以来，人类对矿物资源、能源的需求量不断增加，开始大规模地向海洋索取财富。随着科学技术的进步，对 海洋资源 及其环境的认识有了进一步的提高，海洋工程技术也有了很大发展，海洋开发进入到新的发展阶段；大规模开发 海底石油 、 天然气 和其他固体矿藏，开始建立潮汐发电站和海水淡化厂，从单纯的捕捞海洋生物向增养殖方向发展，利用海洋空间兴建海上机场、海底隧道、 海上工厂 、 海底军事基地 等，形成了一些新兴的海洋开发产业 。 海底有 5000 万平方公里（约占海洋面积的 14%）潜在的含油 沉积盆地 ，其中石油的可采储量估计为 1350 亿吨。近期勘探表明，水深大于 200 米的 大陆坡 、大陆隆和小洋盆很可能是未来 油气生产 的远景区。 如今 海洋石油和 天然气 开发的产值已占海洋开发总产值的 70%左右 2。 随着国家对于海洋资源开发的不断重视， 时代的变迁， 公司业务的不断发展，员工工作量在不断增加。 信息化已经不仅仅是口头上的一种变现，而是作为公司提高核心竞争力的关键性手段。针对公司现有需求的软件开发就是信息化建设的一个重要组成部分。针对 件数据库的二次开发就是其中的一项重要成果。 在 20 世纪 80 年代至 90 年代期间，国外为了应对海洋钻井平台日益复杂及多元化的设计，逐渐将计算机应用引入到设计过程中，并推出了一系列相应 的辅助设计软件，其中 件就是一款非常优秀的设计辅助软件，至 20 世纪 90 年代末， 件逐步脱颖而出，成为海洋工程设计领域仪表设计类软件的标杆，国际中 90%左右的工程设计公司都通过使用该软件辅助其实现仪表类工作的设计。随即为紧跟国际潮流，不断向国际迈进， 公司为仪表设计购买了 司 推出 的 件，以辅助仪表 类 设计 ，例如在公司使用人员 在录入相关的数据之后，可以自动生成端子图等重要的仪表设计图纸 等等 。 不过 在 该 软件 二次 开发的前期调研过程中，发现现今公司 仪表类 设计过程中 ，很多绘制图纸 的 方式 非常落后。 为全球最流行的仪表设计软件，被很多国际化大公司所广泛使用， 并适应其公司的设计流程，然而现今国内的设计流程与国外有一定的差别，在设计过程中需要一些很特别的图纸，而这些图纸在国际公司的设计流程中往往是不需要绘制的， 例如该 软件 不能自动生成 在国内设计流程中以及 生产 建设过程 中非常重要的建造图纸 电缆框图 ， 而在 生成 电缆框图 图纸 的必要数据已经齐备，通过 另外的 软件 调用相关的数据， 自动生成电缆框图可以节约大量 绘制图 纸的 时间，提升图纸绘制的准确率 ,而且图纸的绘制质量要远远高于手工绘制 。 故而公司 决定 投入部分人员与资金完成 相关图纸自动生成软件的客户化开发工作 ，首先需要完成的就是电缆框图图纸的自动生成功能的开发工第 1 章 绪论 4 作，以及对应的电缆清册的生成，原因是因为电缆框图在整个设计流程中的重要地位以及绘制其的巨大工作量和图纸审核校对的工作量 。 要工作 本文 是 基于 C#、 术，以及利用 据库开发的 “ 自动生成电缆框图 ” 程序为基础。从程序涉及到的技术问题，以及程序本身的体系架构、系统详细设计，以及程序 开发 时 涉 及的 关键技术、理论和实现 方法 进行了探讨，以期能够拓展思路， 以此为出发点， 并解决当前公司存在的一些问题 ，向一体化设计迈进 。 本文先是阐述了整个行业的背景，详细分析了此课题开发的背景， 通过分析现今竞争愈加激烈的市场、愈加繁杂的技术等方面，得出公司需要继续通过信息化手段提高公司的核心竞争力。 随后简单的介绍了自动生成电缆框图程序所使用到的编程技术以及程序的具体构架， 整个 程序开发使用 建数据整理算法，将数据库中杂乱无章的数据从百余个数据表中逐一提取整理，按照单点直进中控、撬进中控、接线箱进中控等方式进行排列。使 用 术将程序与 纸进行关联，利用 C#语言进行绘制图纸，将之前整理排列的结果进行图纸规划计算，并生成相应图纸。 最后阐述了软件给公司带来的巨大经济效益，并展望未来通过信息化手段给公司设计工作带来便利和紧急效益。 该程序的使用节约了绘图人员大量的人工时，能够有效的提高设计效率，文章中通过具体的数字对使用前后的成本进行分析，能够更直观的看出使用程序前后的差别。 文结构安排 第一章对 行业背景做了详尽的阐述并进行了相关分析，随后对整个项目做的工作进行了简单介绍。 第二章详尽介绍了自动生成电缆框图系 统开发的背景、系统开发使用的相关技术，并对为何要进行系统开发以及开发的原则做了详尽的阐述。 第三章对自动生成电缆框图系统做了详细的规划，对于图纸的分类、电缆的区分、作图的方式做了详细的规划，为后续完成软件开发工作做了详尽的准备 。 第四章对整个自动生成电缆框图系统做了模块式划分，并完成相关算法，本章最后对整个系统界面做了设计，以简单便于用户使用为原则，并展示了系统完成之后实现的相应功能。 第 1 章 绪论 5 第五章中对整个程序的具体实现方式做了全面的阐述，从用户交互界面到内部的核心算法，从用户配置方式到程序的加密等等内容，展示了 整个程序的实现内容。 第六章中阐述了由用户对整个程序进行了全面的黑盒测试内容，提交相应的报告等等，并由开发人员进行反馈，进一步对整个程序进行完善。 第七 章对自动生成电缆框图系统产生的经济效益做了简要的阐述，并就相关数据完成相应分析。 第八 章对自动生成电缆框图系统未来的使用前景做了展望，对于信息化建设工作在未来工作中的 地位做了分析，信息化工作将会在未来愈来愈重要。 第 2 章 系统相关背景介绍 6 第 2 章 系统相关背景介绍 随着整个 市场被信息化浪潮不断推进的今天，作为全球主要工程类软件供应商的 推出了 列软件。系列软件包括： D、 &一系列软件。 件简介 美国 司为工厂业主、运营商和工程公司设计的仪表工程软件，是适用于仪表专业且功能强大的数据管理系统，已经很好的应用于国际各大石油和化工工程公司，更被公认为是国际间仪表工程设计交流的通用平台 10 。 件是上世纪 80 年代就推入市场的一款产品，经过 20 年来的不断升级、不断完善已经逐渐趋于完善。可以说 件是当前自控领域最有影响的设计和管理软件 ,被许多国际知名的设计工程公司采用做仪表工程设计，是国际通用的仪表专业工程设计交流语言及标准，是多数业主指定使用的软件，同时也是工程项目中能否中标的重要因素之一。 行业中领先的仪表解决方案，能够帮助用户预防故障，其在于能够更好的管理和保存用户仪表和控制系统的历史记录，能够更好的进行工厂维护，以预防突发的停车事故：这个解决方案同样有助于工厂的扩建或者控制 系统的更新。 整个项目中 对于运营业主 具有以下几点优势： （ 1） 从设计到运营和管理的完整数据移交。 （ 2） 按设计规则和确认来强制执行工程标准。 （ 3） 在试车过程中进一步有效的简化了仪表施工和试车的模块，而且将精确和及时的测试数据提供给计划和报告。 （ 4） 快速导入施工数据，提供一个安全而且符合开车和生产的平台。 （ 5） 能够使所有的用户（工程的运营人员、维护人员到管理人员）都面向同一的数据库，得到是同样的最新信息。 （ 6） 在与供应商的数据交换期间，可以节约大量的时间，并且提高数据的质量。 （ 7） 通 过对仪表数据的变化的有效管理，用户可以延长装置的运营时间，提高安全性。 第 2 章 系统相关背景介绍 7 （ 8） 与企业管理系统集成，例如： ，通过其界面在工厂的整个生命周期利用仪表数据。 （ 9） 由于拥有精确的、及时的和长期的 仪表状况数据，因此能更好的规划装置的停车时间。 （ 10） 通过所收集和分析仪表标定的数据，更好的维护仪表的状态。 （ 11） 保存装置的最新的竣工信息，以及同时管理多个项目。 （ 12） 对于设想的状态 ，可以用多工矿来标识。 （ 13）支持新的控制系统及时，例如现场总线技术。 （ 14）与 & D 等软件进行集成。 9 同样的对于工程公司也有以下几种优势： （ 1） 按设计规则和确认来强制执行工程标准。 （ 2） 由于所有的仪表数据是在一个数据库里，因此其是统一、可管理的、以及可编辑的；用户可以快速得到和共享工程数据，这样可以减少工时和成本。 （ 3） 通过服务器和客户端的技术支持办公室以及公司之间的分布式工程设计。 （ 4） 能够进行现场总线仪表的设计，并且能够按照规则，而且富有灵活性来满足最好的仪表设备。 （ 5） 接线模块的自动设计。 （ 6） 内嵌有面向上游和下游工程、采购和建造的界面。 （ 7） 使用模板设计来提高生产力和增强数据的一致性，以及可以充分利用现有的成功经验。 （ 8） 直接从数据库里取得，并包括仪表回路图的设计文档，可快速、准确和自动生成。 （ 9） 可节省与供应商的数据交换的时间和增进数据的质量。 （ 10） 快速 和准确取得设计材料数据，可以避免施工材料的多余和不足，保证工期和降低费用。 （ 11） 利用修改追踪功能来管理设计的变化，途中清晰的注明修改的次数。 （ 12） 从数据库中提取一些专门的数据，来支持装置的建造 7 。 件模块介绍 件主要包括以下几大功能模块：仪表索引模块，可实现仪表清单和 I/表数据模块，可实现现场指示类和变送器类仪表数据表等设计；仪表计算模块，可实现调节阀，安全阀及孔板的选型计算方法；仪表接线模块，第 2 章 系统相关背景介绍 8 可实现端子接线图的编制；仪表回路图模块，可实现仪表回路图的编制；仪表安装图模块，可实现仪表安装图及料单的编制 11 。 件 对于设计的 优点 设计中 具有以下几方面的优点： （ 1）数据同步。由于网络版 用多用 户同时编辑服务器端数据库的形式，所有用户使用同一数据，所以实现了项目的一致性和统一性，不会出现不同设计人员之间数据不统一的情况。 （ 2）实现了项目和专业上真正的统一。在标准数据库中已经提前定义了所有项目需要用到的模板和各参数，遵循统一标准，使用统一模板，统一参数定义，保证了项目和专业上真正的统一，不再出现图纸形式因人而异的情况，即使在项目中出现参数未定义的情况，也可由管理员及时的统一定义，保证所有用户的数据统一。 （ 3） 绘图时间和校对时间同步。当接线有部分改动时，同样通过在接线模块中拖拽电缆的操作即可完成所 有接线图纸的同步修改，保证所有图纸的前后一致性 12 。 油 工 程 应用 状 海油工程于 2003 年购买了 络版软件，目前有近 20 个用户点，开展的各工程项目中均采用 件进行仪表设计，取得了较好的应用效果。 盖了仪表索引、 I/O 清单、计算书、数据表、系统接线图、回路图、电缆清册、端子图、典型安装图、支架图、材料清单等等非常强大的功能。 有以下几个方面的优势：统一的数据库，提高了设计效率和准确性；成果 文件格式统一，与国际接轨；自带参数表，在计算模块可直接使用； 列软件中集成数据框架的不可或缺的一部分。 在集成化设计的当下，通过软件数据库之间的直接数据传输，能够提高工程设计效率，减少设计误差，减少工程人员设计工作量。 列软件是以 核心，其他软件为辅的集成设计系统。 过一次性录入相关的设计参数、工程数据等之后，就可以将数据传递给其他设计软件，减少设计人员在其他专 业设计过程中重复数据的录入，如在 录入仪表数据之后，可以在 &件中绘制工艺图纸之时减少仪表参数的录入，可直接调用 录入的有用参数；如果设计人员亦在 P&录入了数据，也可将两组数据进行比对，减少设计误差。 第 2 章 系统相关背景介绍 9 件使用技术简介 本软件开发主要使用了三种技术进行开发，分别为： C#以及 术。使用 写的程序对 据库中的数据进行整理 以及生成电缆清册 ； C#编写的程序通过 口处理整理所得数据，自动生成 相应的 纸。 B 技术简介 一种由 微软 公司开发的包含协助 开发环境 的 事件驱动 编程语言 。从任何标准来说， 是世界上使用人数最多的语言 不仅是盛赞 开发者还是抱怨 开发者的数量。它源自于 程语言 。 有 图形用户界面 （ 快速应用程序开发 （ 系统，可以轻易的使用 接 数据库 ，或者轻松的创建 件 。 程序员 可以轻松的使用 供的组件快速建立一个应用程序。通过几年的发展，它已成为一种专业化的开发语言和环境。用户可用 速创建 序，并可编写企业水平的 客户端 /服务器 程序及强大的数据库 应用程序。 12 中心思想就是要便于 程序员 使用，无论是新手或者专家。 用了可以简单建立应用程序的 统，但是又可以开发相当复杂的程序。 程序是一种基于 窗体 的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组件的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以 程序员 不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。过去的版本里面 序的性能问题一直被放在了桌面上，但是随着计算机速度的飞速增加，关于性能的争论已经越来越少。 窗体控件 的增加和改变可以用拖放技术实现。一个排列满 控件 的工具箱用来显示可用控件。每个 控件 都有自己的属性和事件。默认的属性值会在 控件 创建的时候提供，但是 程序员 也可以进行更改。很多的属性值可以在运行时候随着用户的动作和修改进行改动，这 样就形成了一个动态的程序。举个例子来说： 窗体 的大小改变事件中加入了可以改变 控件 位置的代码，在运行时候每当用户更改窗口大小，控件也会随之改变位置。在 文本框 中的文字改变事件中加入相应的 代码，程序就能够在文字输入的时候自动翻译或者阻止某些字符的输入。 程序可以包含一个或多个 窗体 ，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗